РОССІЙСКІЙ ИМПЕРАТОРСКІЙ ФЛОТЪ. 1913 г.

Современное состояніе машиннаго дѣла на флотѣ

Въ настоящее время всѣ военные корабли и большая часть коммерческихъ приводятся въ движеніе при помощи паровыхъ машинъ, или паровыхъ турбинъ. Двигатели внутренняго сгоранія хотя и имѣютъ много преимуществъ по сравненію съ паровыми двигателями, но пока употребляются только на небольшихъ судахъ, и лишь въ послѣднее время, въ особенности у насъ въ Россіи въ военномъ флотѣ, производятся обширные опыты по примѣненію такихъ двигателей для большихъ судовъ.

Паровыя машины или турбины, работая, заставляютъ вращаться длинный валъ, на концѣ котораго, выходящемъ снаружи корабля, насаженъ винтъ; вращеніе этого послѣдняго и приводитъ корабль въ движеніе.

Сила, заставляющая работать главные судовые механизмы, заключается въ парѣ, который образуется въ паровыхъ котлахъ при сжиганіи въ нихъ горючихъ матеріаловъ, т. е. каменнаго угля или нефти.

Фиг. 1.

Фиг. 2.

Устройство современныхъ машинъ вообще очень сложно; всѣ части машины должны быть строго согласованы между собой, причемъ точность пригонки отдѣльныхъ частей доходитъ до сотыхъ долей миллиметра, несмотря на кажущуюся ихъ величину и грубость. Кромѣ того всѣ механизмы снабжены многими предохранительными и указательными приборами, большею частью довольно сложными и чувствительными, для того, чтобы во всякій моментъ молено было слѣдить за правильностью работы. Иногда какая — нибудь мелкая неисправность, не предотвращенная во время, влечетъ за собой очень крупныя поврежденія.

Описать поэтому подробно всѣ главные и вспомогательные механизмы и ихъ дѣйствіе въ краткомъ очеркѣ представляется невозможнымъ и далѣе будетъ дано лишь понятіе о сущности устройства и дѣйствія главныхъ механизмовъ кораблей.

1. Паровыя машины. Паровыя машины состоятъ изъ одного или нѣсколькихъ чугунныхъ цилиндровъ, внутри которыхъ движется то вверхъ, то внизъ металлическій поршень. Подобный цилиндръ изображенъ на фиг. 1 и на фиг. 2.

Сверху и снизу цилиндръ закрывается крышкой А и днищемъ В. Въ днищѣ сдѣлано отверстіе, сквозь которое проходитъ штокъ поршня Б, соединяющійся съ шатуномъ Г. Другой конецъ шатуна соединяется съ мотылемъ вала Е, обхватывая его шейку Д. Крестовина К соединяется съ ползуномъ Л, который ходитъ по направляющимъ М, прикрѣпленнымъ къ общему машинному фундаменту.

Благодаря таковому устройству передаточныхъ частей при движеніи поршня П вверхъ и внизъ, валъ машины получаетъ вращательное движеніе. Съ одной стороны цилиндра къ нему прикрѣплена золотниковая коробка Н, внутри которой находится золотникъ О. Золотникъ при помощи штока Р и тяги С соединяется бугелемъ Т съ эксцентрикомъ У, наложеннымъ на валъ.

Эксцентрикъ представляетъ изъ себя круглый дискъ, центръ котораго не совпадаетъ съ центромъ вала. Поэтому, при вращеніи вала, онъ какъ бы замѣняетъ мотыль и при помощи тяги С и штока Р заставляетъ золотникъ передвигаться то вверхъ, то внизъ. Назначеніе золотника состоитъ въ томъ, чтобы впускать паръ поперемѣнно, то сверху поршня, то подъ поршень, или иначе говоря въ верхнюю или нижнюю полости цилиндра. Труба Ф служитъ для впуска пара отъ котловъ въ золотниковую коробку.

На фиг. 3, 4 й 5 представлепы взаимныя положенія поршня и золотника въ различные моменты работы самой простой паровой машины. Движенія поршня и золотника такъ согласованы между собой, что когда поршень находится въ своемъ самомъ верхнемъ крайнемъ положеніи (фиг. 3), золотникъ стоитъ такъ, что паръ изъ золотниковой коробки по каналу а проходитъ въ верхнюю полость цилиндра, давитъ на поршень и заставляетъ его двигаться внизъ. Это движеніе поршня передается валу, который начинаетъ вращаться и слѣдовательно передаетъ въ свою очередь движеніе золотнику. Золотникъ подвигается кверху и постепенно начинаетъ прикрывать каналъ а. Одинъ изъ такихъ моментовъ представленъ на фиг. 4.

Фиг. 3.

Фиг. 4.

Фиг. 5.

Когда поршень дойдетъ наконецъ до своего крайняго нижняго положенія, золотникъ будетъ въ это время находиться въ положеніи, указанномъ на фиг. 5. Паръ изъ золотниковой коробки по каналу г начнетъ поступать уже въ нижнюю полость цилиндра п толкать поршень кверху, а изъ верхней полости цилиндра отработанный, или мятый паръ по каналу а будетъ проходить подъ золотникомъ, затѣмъ въ средній каналъ Д и далѣе въ холодильникъ, представляющій изъ себя особый приборъ, въ которомъ искусственно поддерживается разрѣженное отъ воздуха пространство, для того, чтобы скорѣе и легче высасывать изъ цилиндра мятый паръ.

При парораспредѣленіи подобномъ только-что описанному, во время движенія поршня, по одну его сторону все время впускается свѣжій паръ, а по другую выпускается паръ отработанный и только при концахъ хода происходитъ перемѣна. Это имѣетъ большія неудобства, главныя изъ которыхъ заключаются въ томъ, что при концахъ хода, когда положимъ въ нижнюю полость, изъ которой раньше удалился мятый паръ, теперь впускается свѣжій, и поршень долженъ итти обратно кверху, — происходятъ рѣзкіе толчки, очень вредно отзывающіеся на прочности машины, т. к. препятствуя равномѣрности и плавности хода, они кромѣ того вредно вліяютъ на экономичности машины въ смыслѣ расхода пара.

Поэтому всѣ современныя машины имѣютъ такія золотниковыя устройства, при помощи которыхъ паръ впускается въ цилиндръ, или выпускается изъ него не во все время пути поршня, а только до тѣхъ поръ, пока онъ пройдетъ около половины или одной трети своего пути, а затѣмъ прекращается. Въ это время происходитъ, какъ говорятъ „отсѣчка впуска", или „отсѣчка выпуска пара". Послѣ этого паръ дѣйствуетъ на поршень и благодаря своему свойству расширяться заставляетъ его двигаться далѣе.

Движеніе золотника и его устройство кромѣ того разсчитываются такъ, что когда поршень подходитъ къ концу своего хода, то въ то же время съ другой его стороны начинается впускъ свѣжаго пара. Такимъ образомъ поршень встрѣчаетъ какъ бы упругую подушку, скорость его уменьшается и онъ переходитъ черезъ такъ называемую „мертвую точку", т. е. тотъ моментъ, когда онъ начинаетъ итти обратно, вполнѣ плавно и спокойно безъ толчковъ.

Для того чтобы лучше использовать силу заключающуюся въ парѣ, послѣдній, послѣ того какъ онъ отработаетъ въ одномъ цилиндрѣ, отводятъ въ другой цилиндръ, гдѣ онъ дѣлаетъ ту же работу. Но такъ какъ въ первомъ цилиндрѣ онъ уже потеряетъ часть своей упругости, то второй цилиндръ приходится дѣлать большихъ размѣровъ, чтобы паръ меньшей упругости, дѣйствуя на поршень большихъ размѣровъ, давалъ бы ту же работу, что и въ первомъ цилиндрѣ. Это условіе необходимо для равномѣрности хода машины. Въ этомъ случаѣ первый цилиндръ называется цилиндромъ высокаго давленія, а второй — цилиндромъ низкаго давленія, сама же машина — машиной двойного расширенія. Если заставить паръ работать послѣдовательно не въ двухъ, а въ трехъ или четырехъ цилиндрахъ, то такія машины называются машинами тройного расширенія и четверного расширенія.

Отработавшій въ цилиндрахъ паръ отводится въ особый приборъ, называемый холодильникомъ, сущность устройства котораго представлена на фи г. 6.

Холодильникъ состоитъ изъ мѣднаго или бронзоваго цилиндра, раздѣленнаго перегородками а, б, в на нѣсколько отдѣленій. Въ нижнюю часть холодильника Б по трубѣ А накачивается особой помпой, называемой циркуляціонной, холодная вода изъ-за борта. Эта вода проходитъ по латуннымъ трубкамъ г въ нижнюю часть отдѣленія В, поднимается кверху, затѣмъ по такимъ же трубкамъ д попадаетъ въ отдѣленіе Г и по трубѣ Д отводится за— бортъ. Отработавшій въ цилиндрахъ паръ вводится по трубѣ Е въ холодильникъ и, проходя между холодными трубами д и г, охлаждается, сгущается въ воду, собирается въ нижней части холодильника и по трубѣ к выкачивается насосомъ, называемымъ воздушнымъ, въ особый металлическій ящикъ. Въ этомъ, такъ называемомъ „тепломъ ящикѣ" вода проходитъ черезъ нѣсколько перегородокъ, промежутки между которыми заполнены губками, костянымъ углемъ, сукномъ или какимъ либо другимъ веществомъ, способнымъ очищать воду отъ масла и грязи, которыя паръ, проходя по машинѣ, неизбѣжно захватываетъ съ собой.

Изъ теплаго ящика вода выкачивается обратно въ котлы помощью такъ называемыхъ питательныхъ помпъ или насосовъ.

Фиг. 6.

Фиг. 7.

Такимъ образомъ, весь путь пара можно представить себѣ такъ, какъ это изображено схематически на фиг. 7.

У помянутая выше циркуляціонная пом паустроена слѣдующимъ образомъ. На концѣ вала, приводимаго во вращеніе небольшой паровой машинкой насажена крылатка, (фиг.8), состоящая изъ двухъ желѣзныхъ или бронзовыхъ дисковъ а и б, между которыми закрѣплены загнутыя въ одну стороны лопатки в. Крылатка заключена въ особый кожухъ г, къ которому присоединены двѣ трубы. Одна изъ нихъ, д подходитъ къ центру кожуха, а другая, е, къ его окружности. Черезъ трубу д приборъ наполняется водой и при вращеніи крылатки, вода, центробѣжной силой, увлекается отъ центра къ окружности крылатки и выталкивается черезъ трубу къ холодильнику.

Фиг. 8.

Фиг. 9.

Воздушные насосы и питательныя помпы бываютъ очень разнообразныхъ системъ, но почти всѣ они основаны на слѣдующемъ. Положимъ, что у насъ имѣется коробка А, (фиг. 9), отъ которой идутъ двѣ трубы, запирающіяся клапанами В и В, могущими открываться только кверху. Труба Г соединена съ тѣмъ пространствомъ, изъ котораго желательно выкачать воду, а труба Д съ тѣмъ, куда эту воду хотятъ накачать. Въ коробкѣ можетъ двигаться вверхъ или внизъ отъ какого-нибудь привода цилиндрическое ныряло Е. Когда оно поднимается, то пространство подъ нимъ разрѣжается и вода изъ трубы Г, поднимая клапанъ В, наполняетъ коробку. При движеніи ныряла внизъ, оно давитъ на воду, которая закрываетъ клапанъ Б и открывая клапанъ В, выходитъ въ трубу Д. И слѣдовательно далѣе, при всякомъ движеніи ныряла вверхъ, клапанъ В будетъ присасываться къ гнѣзду и закрывать выходъ въ трубы Д, а клапанъ В открываться и впускать порцію воды въ коробку. При движеніи-же ныряла внизъ, клапанъ Б будетъ закрываться, клапанъ В открываться и подавать эту порцію воды въ трубу Д.

2) Паровыя турбины. паровыя машины, благодаря сложности своего устройства и многимъ вспомогательнымъ механизмамъ, необходимымъ для ихъ обслуживанія, требуютъ постояннаго внимательнаго ухода, сравнительно частаго ремонта и большого числа хорошо обученныхъ спеціалистовъ. Поэтому, во многихъ случаяхъ, вмѣсто паровыхъ машинъ въ качествѣ судовыхъ двигателей устанавливаютъ паровыя турбины, имѣющія сравнительно съ обыкновенными машинами много преимуществъ. Главныя изъ нихъ слѣдующія: 1) устройство турбинъ значительно проще чѣмъ машинъ, 2) уходъ за турбинами также проще, такъ какъ число отвѣтственныхъ частей меньше и наблюденіе за ними легче, 3) отсутствіе сотрясеній судна, неизбѣжное при движеніи тяжелыхъ поршней, штоковъ, шатуновъ и проч., 4) вѣсъ и стоимость турбинъ меньше, 5) расходъ масла, угля для котловъ, воды и разныхъ мате— рьяловъ меньше, 6) занимаемое мѣсто тоже меньше.

Наболѣе распространенныя въ настоящее время на судахъ турбины — это турбины системы Парсонса.

Устройство турбины Парсонса въ общихъ чертахъ состоитъ въ слѣдующемъ. На одномъ концѣ вала закрѣпленъ цилиндрическій барабанъ, называемый роторомъ, на наружной поверхности котораго вставлены ряды изогнутыхъ латунныхъ лопатокъ (фиг. 10), такъ что роторъ съ лопатками напоминаетъ снаружи банникъ, или круглую щетку. На другомъ концѣ вала, выходящемъ наружу судна, насаженъ винтъ, двигающій судно при вращеніи вала. Роторъ помѣщается въ закрытый кожухъ тоже цилиндрическій, на внутренней поверхности котораго имѣются такіе же ряды лопатокъ, какъ и на роторѣ.

При установкѣ ротора на мѣсто въ кожухѣ, ряды его лопатокъ входятъ между соотвѣтствующими рядами лопатокъ ротора (фиг. 11).

Фиг. 10.

Фиг. 11.

Тѣ лопатки, которыя закрѣплены въ кожухѣ или корпусѣ турбины называются направляющими, а тѣ, которыя закрѣплены на роторѣ —дѣйствующими.

На фигурѣ 12 представлены нѣсколько рядовъ направляющихъ и дѣйствующихъ лопатокъ, если смотрѣть на нихъ сверху. Дѣйствіе турбины состоитъ въ томъ, что наръ подводится къ первому ряду направляющихъ лопатокъ по всей окружности. Пройдя этотъ рядъ, паръ, какъ видно изъ чертежа, мѣняетъ свое направленіе и ударяетъ на рядъ подвижныхъ лопатокъ, заставляя ихъ, а слѣдовательно и роторъ, сдвинуться съ мѣста. Роторъ поворачивается и за время прохода пара между подвижными лопатками перемѣщается изъ положенія (1) въ положеніе (2). Пройдя этотъ путь, паръ снова мѣняетъ свое направленіе и попадаетъ на второй рядъ направляющихъ лопатокъ, гдѣ съ нимъ происходитъ тоже, что и въ первомъ ряду.

Далѣе паръ направляется ко второму ряду дѣйствующихъ лопатокъ, ударяетъ на нихъ и, мѣняя опять свое направленіе, подходитъ къ третьему ряду направляющихъ лопатокъ. Дѣйствующія лопатки, а слѣдовательно вмѣстѣ съ ними и роторъ, перемѣстятся за это время изъ положенія (3) въ положеніе (4). Дальнѣйшій путь пара совершается такимъ же образомъ до конца турбины.

Эскадренный миноносецъ „Новикъ“ (первое, выстроенное въ Россіи, судно съ турбинными двигателями).

(Фот. Е. Ивановъ, въі'.Ревелѣ).

Фиг. 12.

Вслѣдствіе измѣненія струею пара направленія ея движенія между изогнутыми лопатками ротора, она производитъ на нихъ давленіе, заставляющее вращаться роторъ, а вмѣстѣ съ нимъ слѣдовательно и валъ, двигающій судно.

Выйдя изъ одной турбины, паръ можетъ быть направленъ для такой же точно работы въ другую; и даже третью турбину, а потомъ въ холодильникъ.

Не трудно видѣть, что какъ устройство, такъ и дѣйствіе паровой турбины значительно проще, чѣмъ паровой машины.

3) Паровые котлы. Паръ, необходимый для работы судовыхъ механизмовъ, образуется въ котлахъ. Котлы эти, смотря по способу ихъ дѣйствія, раздѣляются на двѣ главныя группы — 1) котлы огнетрубные, и 2) котлы водотрубные. Каждая изъ этихъ группъ въ свою очередь раздѣляется на много системъ, а потому достаточно будетъ объяснить только сущность ихъ устройства и дѣйствія.

Фиг. 13.

1) Простой огнетрубный котелъ (фиг. 13), состоитъ изъ желѣзнаго клепаннаго цилиндра А, съ которымъ соединена топочная коробка В. Котелъ раздѣляется перегородками В и Г, имѣющими многочисленныя отверстія, черезъ которыя проходятъ желѣзныя дымогарныя трубки а. Въ топочномъ пространствѣ В на колосниковой рѣшеткѣ 6 сжигается топливо. Горящіе газы проходятъ по трубкамъ а, въ огневую коробку Е и далѣе выпускаются на воздухъ черезъ дымовую трубу Д.

Между трубками и отчасти покрывая ихъ, находится вода, которая, нагрѣваясь до кипѣнія, превращается въ паръ и въ такомъ видѣ собирается подъ колпакомъ Е. Собранный здѣсь паръ можетъ быть направленъ для работы въ судовые механизмы.

Уходъ за огнетрубными котлами вообще не очень сложенъ, но требуетъ постояннаго вниманія. Главнымъ образомъ приходится слѣдить за уровнемъ воды въ котлѣ и не позволять упасть ему до того, чтобы обнажились верхніе ряды трубокъ.

Если это случится, то трубки, не окруженныя водой, быстро, раскалятся и даже могутъ прогорѣть. Если потомъ добавить воды, то она, попадая на раскаленныя трубки, даетъ сразу такое большое количество пара, которое можетъ разорвать котелъ. Кромѣ того приходится время отъ времени прочищать внутри дымогарныя трубки отъ осѣвшей въ нихъ копоти.

Фиг. 14.

2) Водотрубные котлы. Водотрубные котлы имѣютъ также большое число трубокъ, но главное ихъ отличіе отъ огнетрубныхъ состоитъ въ томъ, что огонь проходитъ не по трубкамъ, а между ними, въ трубкахъ-же находится: вода.

На фиг. 14 представленъ въ двухъ видахъ одинъ изъ водотрубныхъ котловъ довольно часто употребляющійся. Онъ состоитъ изъ трехъ цилиндровъ А, Б и В, склепанныхъ изъ желѣзныхъ или стальныхъ листовъ.

Верхній цилиндръ, называемый коллекторомъ, соединяется многими стальными трубками а, съ нижними цилиндрами Б и В, называемыми водяными коллекторами. Все это заключается въ желѣзный кожухъ, выложенный внутри огнеупорными кирпичами. Снаружи котла, спереди и сзади, паровой коллекторъ также соединяется съ водяными при помощи четырехъ толстыхъ трубъ Г, Д Е и К. Вода въ трубкахъ и коллекторахъ поддерживается на такомъ уровнѣ, какъ указано на чертежѣ. Въ мѣстѣ Т на колосниковой рѣшеткѣ сжигаютъ топливо и образующіеся при этомъ горячіе газы, проходя между трубками, нагрѣваютъ находящуюся въ нихъ воду. Паръ поднимается по трубкамъ въ паровой коллекторъ А и собирается тамъ въ трубѣ Л, откуда можетъ быть направленъ для работы къ судовымъ механизмамъ.

Трубы Г, Д, Е и К устроены для того, чтобы вода въ котлѣ не застаивалась, а все время передвигалась, или какъ говорятъ циркулировала, опускаясь по трубамъ Г, Д, Е и К, и поднимаясь по трубкамъ а.

Водотрубные котлы по своему устройству вообще нѣжнѣе, чѣмъ котлы огнетрубные, но зато въ нихъ можно получать большее количество пара и притомъ болѣе высокаго давленія. При уходѣ за ними довольно часто приходится очищать трубки внутри отъ образующейся въ нихъ накипи.

Каждый котелъ, какъ огнетрубный, такъ и водотрубный снабжается различными приборами, при помощи которыхъ молено судить о правильности его дѣйствія. Главныя изъ этихъ приборовъ это — водомѣрное стекло и предохранительный клапанъ.

Водомѣрное стекло, (фиг. 15), это обыкновенная стеклянная трубка А, находящаяся въ мѣдномъ футлярѣ, прикрѣпленномъ къ наруяеной стѣнкѣ котла. Нижняя часть стекла соединяется трубкой а, снабженной краномъ б, съ водянымъ пространствомъ котла К, а верхняя часть, трубкой г, снабженной краномъ д, съ пространствомъ паровымъ.

Поэтому вода въ стеклѣ всегда будетъ стоять на томъ же уровнѣ какъ и въ котлѣ, и слѣдовательно всегда молено видѣть достаточно-ли въ котлѣ воды.

Фиг. 15.

Фиг. 16.

Предохранительный клапанъ устраи— вается для того, чтобы въ томъ случаѣ, когда давленіе пара въ котлѣ станетъ почему-нибудь слишкомъ большимъ и опаснымъ для прочности котла, этотъ лишній паръ молено было бы удалить. Простой пру— леинный предохранительный клапанъ показанъ на фиг. 16. Паровое пространство котла А соединяется трубкой съ коробкой Д закрываемой клапаномъ Б. На продолженіи штока клапана Г надѣта пружина Д, прижимаемая поперечиной Е и стойками Е, къ коробкѣ. Упругость пружины такова, что она прижимаетъ клапанъ къ гнѣзду; когда же давленіе пара въ котлѣ увеличится, онъ пересилитъ упругость пружины, подниметъ клапанъ, и выйдетъ въ коробку, В и далѣе по трубѣ М на воздухъ.

Инженеръ-механикъ Ю. Ы.